بطاريات الليثيوم واعدة للسيارات الكهربائية في المستقبل

لماذا يعتبر فوسفات حديد الليثيوم، المرشح للاستخدام في بطاريات الليثيوم المستقبلية، قادرًا على توصيل الكهرباء على الرغم من كونه مكونًا من مواد عازلة؟ تمكن الكيميائيون في CNRS بالتعاون مع فريق بحث من CEA-Liten، من تسليط الضوء على هذه المفارقة

وأظهر "نموذج الدومينو المتدرج"، الذي تم تأكيده تجريبيا من قبلهم، أن الضغوط المحلية داخل المادة تسمح بنقل التوصيل الأيوني والكهربائي من منطقة إلى أخرى، بحيث يكون النشاط الإجمالي للبطارية ممكنا. تفتح نتائج هذا البحث آفاقًا جديدة تمامًا في البحث عن مواد محسنة لاستخدامها كأقطاب كهربائية للبطارية وتساعد في شرح كيفية عمل بطارية السيارات الكهربائية المستقبلية.

بطاريات أيون الليثيوم، التي تحتوي على طاقة أكثر بثلاثة إلى أربعة أضعاف لكل وحدة كتلة مقارنة بالبطاريات الشائعة، تستخدم الآن على نطاق واسع في الأجهزة الكهربائية المحمولة (أجهزة الكمبيوتر، والهواتف المحمولة، ومشغلات MP3، وما إلى ذلك). المواد التي تشكل القطب الموجب لهذه البطاريات فعالة للغاية ولكنها مكلفة للغاية بحيث لا يمكن استخدامها في البطاريات الكبيرة المطلوبة للسيارات الكهربائية والهجينة.

ومن الممكن في المستقبل أن تعتمد هذه التطبيقات على مادة الفوسفور - الحديد - الليثيوم - وهي ليست خطرة على البيئة، ولها خصائص خاصة، وغير مكلفة، وتتمتع بثبات حراري جيد (ميزة مهمة من حيث السلامة). . كل هذه الميزات تجعله المرشح الأفضل للاستخدام في بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية المستقبلية. ومع ذلك، يبدو أن هذه المادة لا تحتوي على خصائص التوصيل الأيوني والكهربائي اللازمة لتشغيل القطب الكهربائي.

أصبح الكيميائيون من معهد CNRS وزملاؤهم أول من شرح هذه المفارقة. ومن خلال دراسة مادة الفسفور والحديد والليثيوم، تبين أن التيار الكهربائي المتحرك في البطارية ينشأ من عملية "أحجار الدومينو المتدرجة". تحدث هذه الظاهرة في اللحظة التي تمارس فيها ضغوط محلية وداخلية على السطح البيني بين المادة المحررة والمادة في الحالة الحرة. ومن ثم تنتشر الموصلية الكهربائية والأيونية بسرعة كبيرة من تلك النقطة في الواجهة وتنتقل من نقطة إلى أخرى بشكل يشبه سلوك قطع الدومينو. تم تأكيد النموذج باستخدام القياسات المجهرية.

تشرح عملية التفاعل الجديدة هذه، والتي تشبه غسل ​​الموجة على البلورة بأكملها، كيف يمكن للجمع بين مادتين عازلتين (واحدة في حالة مشحونة والأخرى في حالة غير مشحونة) أن يعمل على الرغم من ذلك على تشغيل بطاريات الليثيوم أيون. تعد هذه النتائج خطوة مهمة للأمام في البحث عن مواد جديدة أرخص وأكثر أمانًا لصنع أقطاب كهربائية في بطاريات الليثيوم. يتيح البحث أيضًا فهم ما هي العملية التي تتم على مستوى البطاريات النانومترية بناءً على هذه المادة.

البيان الصحفي لمعهد البحوث